第一(yī)章:锂电池的特点
锂电池(chí),这(zhè)里讲的主要是锂聚合物(wù)电池(chí),歪果(guǒ)仁(rén)喜欢叫(jiào)它Lipo( 来自Lithium Polymer),其实这是错误的,它的全名叫锂(lǐ)离子聚合物(wù)电池 (Lithium Ion Polymer)这是一(yī)种(zhǒng)可(kě)多次充(chōng)电的电池,他的发(fā)明在过(guò)去的十年(nián)间(jiān)可(kě)谓(wèi)是对航模界起了翻(fān)天覆地的变化(huà),它基(jī)本(běn)上淘汰了(le)锂离子电池(Li-Ion),磷酸铁锂电(diàn)池(LiFe), 镍氢电池(Nimh),镍镉电池(Ni-CD),尽管现(xiàn)在这些(xiē)电(diàn)池现在在航(háng)模(mó)界继续发挥着其他的方(fāng)面的作用(比如Nimh作为舵机电池(chí)有(yǒu)长(zhǎng)期维(wéi)持电(diàn)压(yā)的特点),但是锂(lǐ)聚合物电池(接下来我们都简称锂(lǐ)电池)基本上靠(kào)着下(xià)面的三个个(gè)优点完(wán)胜他们成(chéng)为大(dà)部分模友的首选。
优点(diǎn)1:锂电池有着非常轻的重(chóng)量,并且可以做(zuò)成任何尺寸;
优点(diǎn)2:锂(lǐ)电(diàn)池有(yǒu)着非常大的体积,容(róng)量(liàng)比(bǐ)极高;
优(yōu)点3:锂电池的放点率非常高,这点非常(cháng)适合短时间需要大能量的无刷电机。
这些优点可能(néng)放在(zài)船模车模里面还不会是(shì)特别明(míng)显(xiǎn),但是放(fàng)在无人机里面,他的存在(zài)直接等于可以飞或(huò)者不可以飞的区别(bié)。但是锂电池也有他的弱点。比如(rú):
弱点1:价格对于镍(niè)氢电池(chí)和(hé)镍(niè)镉(gé)电池还是有些(xiē)贵 不(bú)过随着生产厂商(shāng)的增加和技术的进步,现(xiàn)在已(yǐ)经在(zài)开始(shǐ)降价(jià)啦
弱点2:寿命短。一块普通锂(lǐ)电(diàn)池从出厂到报废(fèi)最多有(yǒu)300次到(dào)500次(cì)的(de)充(chōng)电次数,但是(shì)这个数字的(de)上下限会因你(nǐ)充电和使用的方(fāng)法而增加或者(zhě)减少,我将在(zài)将来的章节(jiē)讲到。
弱点3:使用不(bú)稳定。由于锂(lǐ)电池的高(gāo)体积:容(róng)量比,已经它所采用的电解质非常不稳定,一块锂(lǐ)电池(chí)可以(yǐ)在充电和放电的(de)时候起火甚(shèn)至爆炸(zhà)。
弱(ruò)点4:高维护成本(běn)。和(hé)其他电池相比,锂电(diàn)池如果要走完它(tā)人生(电生??)完整过程,需(xū)要使用(yòng)者不仅使用时候(hòu)处处留(liú)心(xīn),还(hái)必须严格按照(zhào)说(shuō)明来(lái)控制储(chǔ)存(cún)房间的(de)温度。
要进一步了解为什么锂电(diàn)池有这些特点(diǎn),我们就不得不说说他的构(gòu)造和工(gōng)作原(yuán)理。
我们知道(dào)一块电池都有正(zhèng)极和负极,而负责锂离子在正(zhèng)负两极之间的交换工作的是电解质(zhì)。和使用液态电解质(zhì)的锂离子电(diàn)池不同,锂电(diàn)池(chí)使用的是(shì)干电解(jiě)质,正负(fù)两(liǎng)极由一张(zhāng)像是烤箱里面用的锡箔纸一样的聚合物纸(zhǐ)隔开,这也是(shì)锂聚(jù)合物(wù)电池名(míng)字的缘来。和锂离子电(diàn)池必须要在一个铁(tiě)盒(hé)子里面不同,锂电(diàn)池可以牺牲(shēng)厚度(dù)来换取面积,或者牺牲面积来换取厚度(dù),所以在应用方(fāng)面非(fēi)常(cháng)适合寸土寸金的航模(mó)飞机。
当时这个设计的问题就是(shì)锂离子通过(guò)干(gàn)电解质聚合物的交换其实是不够(gòu)快的,这也是(shì)为什么锂电池在(zài)普通室温(wēn)下(xià)不可以快充的原因(yīn)。当然如果你要(yào)把它放一热(rè)水(shuǐ)袋上面(miàn)充电的话,理论上是可以根据温度快充的。
我们知道,一块电池在冬天的时候使用会非(fēi)常不给力,而在兜里暖和(hé)了以后会施(shī)放出更(gèng)多的(de)能量。同理,假设外部温度(dù)不变,一块使(shǐ)用锂(lǐ)电池(chí)的飞机(jī)在飞了一(yī)分钟(zhōng)以后会发现飞得(dé)更快,这正(zhèng)是因为电(diàn)池内部的锂离子在(zài)正(zhèng)负极交换一段(duàn)时(shí)间以后的效率随着电池化学反应而增(zēng)加了。当然(rán),也不是说越(yuè)热越(yuè)好,一(yī)个检(jiǎn)查(chá)动力装置效率的最简(jiǎn)单的办法就是落地以后检查电池温度(dù)。如果电池是温热的(de),就没有(yǒu)问题,如果电(diàn)池烫手,那么就表示锂离子活动(dòng)过快,很有可能是桨(jiǎng)太大了,电机(jī)无法(fǎ)跟上。
第二(èr)章:锂电池参数详解
1)电(diàn)压
锂电(diàn)池的基(jī)本组成是单(dān)位,也就(jiù)是大家常(cháng)常听说的S,比(bǐ)如一般常用的电池3S,就是(shì)表明它是由3个单位组成的。锂电池的一个单位标准电压是(shì)3.7伏,所以(yǐ)一个3S的电压就是11.1伏。3.7付(fù)一个单(dān)位的锂电池比起镍(niè)电池的1.2伏,说明了它可以(yǐ)使用相对简单(dān)的(de)内部构造来达到更高的电压。
平(píng)行(háng)电路(Parallel)和(hé)串(chuàn)流(series)电路的(de)区别?市(shì)面上大部分超过1S的电池(chí)都(dōu)串(chuàn)联的,比(bǐ)如一块3S的就(jiù)是三(sān)个1S串(chuàn)联组合而成的(de)。
偶(ǒu)尔有些比较贵的电池比如Gens Ace就是平行的, 例如上面标有4S2P(P就是平行的缩写(xiě))的一(yī)块2400毫安的电池,就(jiù)是由两块4S的(de)1200毫安电池平行连接起(qǐ)来,而达到(dào)更高的容量的(de)。
一(yī)般1-1.5米的(de)泡沫(mò)模(mó)型飞机需要(yào)配套3S(11.1伏(fú))-4S(14.8)的电机,2米以(yǐ)上(shàng)的轻木需要配套6S(22.2伏)-8S(29.6伏(fú))的电机才能带动(dòng)。再(zài)往上走还有37伏的10S和44.4伏(fú)的12S.当然(rán),由于锂电池的(de)可搭(dā)建性很强,你(nǐ)自己也可以在上(shàng)面这些(xiē)数字上面(miàn)串联搭建20S,24S的电池,或者平行连接(jiē)来加倍已有电池容量。不过超(chāo)过了12S以(yǐ)后的(de)航(háng)模电机就非常难买到(dào)了。
2)容量
电池上面(miàn)标示(shì)的容量,指的是xxx毫安/时,有(yǒu)的时候也是安/时,1安=1000毫安。 很多同学会对这个小时感(gǎn)到(dào)困惑(huò),理解(jiě)为这块(kuài)电池的使用(yòng)时间,其实毫安/时指(zhǐ)的是这块电池(chí)在(zài)一小时(shí)内可(kě)以被充(chōng)放的最大容量。举个例子来说,一(yī)块(kuài)2500毫安(ān)/时的(de)电池可以被某个耗电2.5安的(de)器材在一个小时内使用(yòng)殆尽,被一个(gè)耗电1.25安的(de)器材在(zài)2小时内使用殆尽(jìn),或(huò)者被一(yī)个(gè)耗电0.5安的器(qì)材在(zài)5小(xiǎo)时内(nèi)耗(hào)尽能量。
我们平时(shí)使用的电机往(wǎng)往有着(zhe)非常(cháng)高的耗电量,比如(rú)说我们现在手(shǒu)里(lǐ)有一(yī)块28-26 1000KV / 235W 的(de)电机,查看(kàn)他的数据表,发现最大耗电量15安,那么就(jiù)是说上面(miàn)一块2500毫安/时的电池,在最大油门(mén)的时候,只能支撑这块(kuài)电机2.5/15 =0.166, 也就(jiù)是60*0.166=9.96分钟。实际飞行的时(shí)间当然不可(kě)能就是这个,因(yīn)为(wéi)你(nǐ)不可能一直满油并且锂电(diàn)池也不能完全用(yòng)到(dào)0%。总之,知道这个方法可以(yǐ)方便你(nǐ)在给模(mó)型配套(tào)电(diàn)池的时候(hòu)做(zuò)出载重和飞行时间最大(dà)比的决(jué)定。
3)放(fàng)电率
锂电池的放电(diàn)率称为 C rating。这个参数(shù)是锂电池参(cān)数里面(miàn)最难理解的,所(suǒ)以我放在(zài)最后讲。
简(jiǎn)单来说,C rating值是对应一个电池能够在(zài)多快的时间内被完全耗尽(jìn)。这个数值越高(gāo),它的放(fàng)电率也就越高(gāo)。常见(jiàn)的电池(chí)C值有20C,25C,40C,75C等。
又(yòu)来举(jǔ)例(lì)说明,一个上(shàng)面标有(yǒu)10C的1000毫安锂电池,它的(de)最快放电(diàn)速度就是10倍它的容量/时,也就是说,假定(dìng)它的容量是(shì)1000毫安/时(shí),那么(me)它的最大能耐就是以每分钟(zhōng)耗电10安/60分钟,也就是166毫安的速度给一个最大耗电(diàn)率为10A的器(qì)材配(pèi)电6分钟,如果是(shì)20C,这个器(qì)材则最大(dà)耗(hào)电可能是(shì)20A,可以以20A/60=333毫安/分钟为它供电(diàn)3分(fèn)钟。
一般固定翼无人机除(chú)了在起飞时(shí)刻特别需要高放电率以外,平时如果不(bú)做特(tè)技的话,不(bú)大需要高(gāo)C值的(de)电池。20C-40C的电池足以应(yīng)付(fù)。但是(shì)如果你玩多旋翼特(tè)别是穿越机的话,油门(mén)起伏非常(cháng)大的时间(jiān)需要高C值,不然你(nǐ)会发现你明明(míng)飞的很好,电量(liàng)还有一半多,但(dàn)是一个(gè)翻滚以后就无法提升(shēng)高度,甚至炸(zhà)机了(le)。
基本上(shàng)所有的锂电池的C rating后面还有一(yī)个burst rate,就翻译为爆发值吧,一(yī)般是2倍。比如一个20C的电池的(de)爆发C rating就是(shì)40C。这是电池在(zài)高需求情况下能(néng)在几秒(miǎo)内提(tí)供的做大电源(yuán)。
C值越大的电池价格也(yě)就越贵,建议购(gòu)买的时候无论如何都要在自己钱包允许(xǔ)的前提买最大的,而选了10-20C的包你(nǐ)后悔。你有可能会炸机,也有可能会发现突然有一天你(nǐ)充电(diàn)时(shí)候或者飞完下地电(diàn)池就鼓包了,那就(jiù)不好(hǎo)玩了。
第三(sān)章:锂电池安(ān)全
有人称锂(lǐ)电池为航模炸弹,这个(gè)说法一点都(dōu)不为(wéi)过,在(zài)我的航模(mó)生涯(yá)已经见证过无数次锂电池使用不当而照成的起火甚至(zhì)爆炸了空中解体。国外甚(shèn)至(zhì)还(hái)有人因(yīn)为锂电池(chí)充电把整个家都烧得精光(guāng)。
1)锂电池温度
锂电(diàn)其(qí)实是一(yī)个非常娇气的元件,对温度(dù)有很多要求,尤其是(shì)热的时(shí)候,无论充电或者(zhě)储存(cún),都(dōu)注意要尽量避免(miǎn)阳光直(zhí)射。换句(jù)话(huà)说,在热带地区的(de)锂电池从一出(chū)生就注(zhù)定寿命不会长过其他温带地区的电池。
不仅如此(cǐ),随着电池(chí)的寿命(mìng)慢慢耗尽,电(diàn)池(chí)内的电阻会慢慢变得更(gèng)大,不(bú)仅使得充电放电(diàn)时间加长,也使得电池变得越来越热。一般一块电池使用(yòng)完毕以后温度不会变化太大,如果你使劲儿满油门飞,它(tā)也最多不会超过35-40度,这是一个(gè)安全(quán)点。如果(guǒ)飞下来发(fā)现电(diàn)池有以(yǐ)下(xià)这些(xiē)情况,建议你不(bú)要再用了。
1. 电池烫手,温度超(chāo)过了50度;
2. 飞行的时候明显发现还有20%以上的电量,但是(shì)电压明显下降(jiàng);
3. 仔细看电池包装发现有泡泡在缝隙中(zhōng)出现。
这(zhè)时候也请(qǐng)不要把报废(fèi)的锂电(diàn)池扔(rēng)到垃圾(jī)桶,正确(què)且(qiě)简易的处理步(bù)骤(zhòu)如下:
找一个盆(pén)子注(zhù)满水,里面按照(zhào)大概(gài)40-50:1的比例加(jiā)盐(yán),然后(hòu)把电池(chí)泡进去几天,然后(hòu)再提出来扔掉,这样(yàng)就不会引发火灾了。这个做法的原理是盐有导电的性(xìng)质,电池在盐水(shuǐ)里面会慢慢放电,直(zhí)到(dào)所有(yǒu)锂电池单元都降为0伏。
2)80% 定律
一(yī)块锂(lǐ)电池的储存(cún)安全(quán)电压应该(gāi)是在3.85伏,建议你一定只(zhī)有在使(shǐ)用前才充满到4.2伏。无(wú)论(lùn)怎么使用(yòng),请一定(dìng)不要让它的(de)电(diàn)压降到3.5伏,因为到哪个时候你的电池会(huì)非常烫手而且(qiě)寿(shòu)命已经(jīng)急剧减短。
一个安全的(de)使用办法就是,永(yǒng)远不要(yào)使用超过(guò)80%的电量(liàng),也就是说,使用(yòng)完了下来你也应该还(hái)有20%的电(diàn)量,这(zhè)个时候的单个单位(wèi)电压应该是3.75左右,比如一块2500毫安的3S电池,它被使用了(le)80%的毫安(ān)以后,应该还有500毫安,整块电池的电压应(yīng)该是11.25伏。
【小贴士:如果你要知道你电(diàn)池(chí)精确的电量(liàng)和电压值的话,一定要(yào)在航模(mó)下(xià)来(lái)立即就测量,如(rú)果你多等几分(fèn)钟,电池在无压(yā)的情况下,电压会慢(màn)慢回(huí)升。这也是为什么永(yǒng)远不要(yào)飞一块用过的电池(chí)的原因,因为你无法读取它真实的(de)数(shù)据】
锂电三(sān)秘籍(jí):
— 唯(wéi)有在出发之前才充电
— 使用时候千万别(bié)超过(guò)80%的电量
— 电池如果超过3天不用(yòng)的(de)要充(chōng)(或者放电)到3.85伏一个单(dān)元(很多充电器(qì)都有这(zhè)个功能)
3)内部电阻
锂(lǐ)电池不像食物(wù),上面标有(yǒu)过期日,如果别人卖你一块电池告诉你是新的,你怎么知道是真是假(jiǎ)?查查电阻(zǔ)就明白了。
大部分35C以上的正版电池(chí)出厂的(de)时候(hòu)各个单位有1-5毫欧(mOhm)的电阻,如果是一块3S电池,就是大概(gài)3-15毫欧(ōu)。
【说明:由于生产(chǎn)工艺(yì)的限制,很多(duō)100-200毫安(ān)的微小锂电池在出(chū)厂(chǎng)的时(shí)候内部电阻(zǔ)就是100或者200毫欧,但是绝大多(duō)数的2000毫安以(yǐ)上的新电池内(nèi)部电(diàn)阻应该在10-30】
随着(zhe)电(diàn)池的使用次数增加或(huò)者(zhě)储存时间的增长,锂电池(chí)的内部电阻也会慢慢变大,而且(qiě)这个(gè)变化是不成比(bǐ)例的,比如一块(kuài)电(diàn)池在头一年只有35欧姆的电阻(zǔ),但是到了第二年是50欧姆,可再(zài)等一个(gè)月就(jiù)变成了100欧姆,再过一个月就300欧姆了。
那么这些数字到底有什(shí)么实际意义(yì)呢?我们分四组情况
a) 每单位内部电(diàn)阻1-5欧姆的(de)锂电池是块少女电(diàn)池
b) 每单位(wèi)内部电阻5-10毫(háo)欧的锂电池应该是被使用过(guò)大概十几二十次,性能不受(shòu)电阻影响
c) 每(měi)单位内部(bù)电阻10-20毫欧(ōu)的锂电池已经(jīng)是在熟女和黄脸婆之间了
d) 每单(dān)位内(nèi)部电阻(zǔ)20-25毫欧的电池(chí)快断气了,续弦吧
【提醒:还记得(dé)第二章的平行(háng)电路和串联电(diàn)路吧,在计算一块电池电阻的时(shí)候不要忘了先检查(chá)一下(xià)是哪种,大部分电池都是串联的,这(zhè)情(qíng)况大家把(bǎ)每个(gè)单位的内部电阻加起来(lái)就是整块(kuài)电池的内(nèi)部电阻了(le)。如果是(shì)碰到平行的(de)(平行电路的(de)电池会标示 xSxP),读取的单独(dú)单位内部(bù)电阻就选最大的一(yī)个】

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